Рядный восьмицилиндровый двигатель

Введение

Восьмицилиндровый двигатель

Рядный поршневый двигатель с восемью цилиндрами

Рядный восьмицилиндровый двигатель (часто обозначаемый как I8 или L8) — это восьмицилиндровый двигатель внутреннего сгорания, в котором все восемь цилиндров расположены в одну линию вдоль блока цилиндров. Этот тип двигателя выпускался в конфигурациях с боковыми клапанами, IOE, верхними клапанами, рукавными клапанами и верхним расположением распределительного вала. Рядный восьмицилиндровый двигатель может быть спроектирован для обеспечения естественной первичной и вторичной балансировки, без несбалансированных первичных или вторичных сил и моментов. Однако крутильные колебания коленчатого вала, присутствующие в той или иной степени во всех двигателях, требуют установки демпфера крутильных колебаний на конце коленчатого вала со стороны навесного оборудования. Без такой демпфирующей системы может возникнуть усталостное растрескивание в области задней главной шейки коленчатого вала, что приведет к выходу двигателя из строя. Хотя рядный шестицилиндровый двигатель также может быть спроектирован для обеспечения естественной первичной и вторичной балансировки, рядный восьмицилиндровый двигатель совершает больше рабочих тактов за один оборот и, следовательно, работает более плавно под нагрузкой, чем рядный шестицилиндровый. Кроме того, благодаря четному количеству рабочих тактов за оборот, рядный восьмицилиндровый двигатель не создает неприятных нечетных гармонических вибраций в трансмиссии автомобиля на низких оборотах двигателя. Плавность работы рядного восьмицилиндрового двигателя сделала его популярным в роскошных и гоночных автомобилях прошлых лет. Однако большая длина двигателя требовала длинного моторного отсека, что сделало эту конструкцию неприемлемой для современных автомобилей. Кроме того, из-за большой длины двигателя, крутильные колебания как коленчатого, так и распределительного валов могут негативно сказаться на надежности и производительности на высоких оборотах. В частности, явление, известное как «хлыст коленчатого вала», вызванное воздействием центробежной силы на шатунные шейки при высоких оборотах двигателя, может привести к физическому контакту между шатунами и стенками блока цилиндров, что приведет к разрушению двигателя. В результате эта конструкция практически полностью уступила место более короткой V-образной восьмицилиндровой конфигурации.

Ранний период (19031918)

Первая рядная восьмерка была задумана Charron, Girardot et Voigt (CGV) в 1903 году, но так и не была построена. Значительные успехи были достигнуты во время Первой мировой войны, когда компания Mercedes создала рядные восьмицилиндровые авиационные двигатели, такие как Mercedes D. IV. Преимуществами рядного восьмицилиндрового двигателя для авиационных применений были аэродинамическая эффективность длинной и узкой конструкции, а также естественная сбалансированность двигателя, исключавшая необходимость в противовесах на коленчатом валу. Недостатки, связанные с кручением коленчатого и распределительного валов, в то время не принимались во внимание, поскольку авиационные двигатели того времени работали на низких оборотах, чтобы поддерживать скорость вращения лопастей пропеллера ниже скорости звука. В отличие от V-образной восьмерки, образцы которой использовались в автомобилях De Dion Bouton, Scripps Booth и Cadillac к 1914 году, рядные восьмицилиндровые двигатели не применялись в серийных автомобилях до 1920 года.

Роскошные автомобили

Итальянская компания Isotta Fraschini представила первый серийный автомобиль с рядным восьмицилиндровым двигателем в своей модели Tipo 8 на Парижском автосалоне в 1919 году. Компания Leyland Motors представила свой автомобиль Leyland Eight класса люкс, оснащенный рядным восьмицилиндровым двигателем с двумя верхними распредвалами (OHC), на Международной автомобильной выставке в Олимпии, Лондон, в 1920 году. Братья Дюзенберг представили свой первый серийный рядный восьмицилиндровый двигатель в 1921 году. Рядные восьмицилиндровые двигатели использовались в дорогих автомобилях класса люкс и с высокими характеристиками до окончания Второй мировой войны. Bugatti и Duesenberg часто использовали рядные восьмицилиндровые двигатели с двумя верхними распредвалами. Другие известные автомобили с рядными восьмицилиндровыми двигателями были построены компаниями Daimler, Mercedes Benz, Isotta Fraschini, Alfa Romeo, Stutz, Stearns Knight и Packard. Одной из маркетинговых особенностей этих двигателей была их внушительная длина — некоторые двигатели Duesenberg превышали 1 метр в длину, что обусловило наличие длинных капотов на этих автомобилях.

Премиальные автомобили в США

В 1920-х годах в США производители автомобилей, в том числе Hupmobile (1925), Chandler (1926), Marmon (1927), Gardner (1925), Kissel (1925), Locomobile (1925) и Auburn (1925) начали использовать рядные восьмицилиндровые двигатели в автомобилях, ориентированных на средний класс. Производитель двигателей Lycoming производил рядные восьмицилиндровые двигатели для продажи производителям автомобилей, включая Gardner, Auburn, Kissel и Locomobile. Hupmobile производил собственные двигатели. Lycoming был приобретен владельцем Auburn Эрретом Лоббаном Кордом, который использовал рядный восьмицилиндровый двигатель Lycoming в своем автомобиле с передним приводом Cord L 29, и поручил Lycoming производить рядный восьмицилиндровый двигатель для Duesenberg Model J, разработанного братьями Дюсенберг для принадлежащей Корду компании Duesenberg Inc. Производители автомобилей, входящие в корпорацию Cord Corporation, в состав которой входили Auburn, Cord и Duesenberg, прекратили свою деятельность в 1937 году. Lycoming и по сей день производит двигатели для авиации. В конце 1920-х годов массовые производители Hudson и Studebaker представили рядные восьмицилиндровые двигатели для автомобилей премиум-класса в своих модельных рядах. В начале 1930-х годов за ними последовали Nash (с системой двойного зажигания), REO, а также подразделения Buick, Oldsmobile и Pontiac компании General Motors. Двигатель Buick straight eight имел верхнеклапанную конструкцию, в то время как двигатели Oldsmobile straight 8 и Pontiac straight 8 были двигателями с нижнеклапанным расположением. Chevrolet, как марка начального уровня, не имел рядного восьмицилиндрового двигателя. Cadillac, роскошный бренд General Motors, остался верен своим традиционным двигателям V8. Чтобы добиться такой же плавности хода, как у рядных восьмицилиндровых двигателей конкурентов, Cadillac представил коленчатый вал с крестообразным расположением для своего V8 и добавил двигатели V12 и V16 в верхнюю часть модельного ряда. Ford никогда не использовал рядный восьмицилиндровый двигатель; их автомобили Ford начального уровня оснащались нижнеклапанными V8 до 1950-х годов, а их роскошные автомобили Lincoln – V8 с 1930-х по 1980-е годы и V12 в 1930-х и 1940-х годах. Chrysler использовал нижнеклапанные рядные восьмицилиндровые двигатели в своих автомобилях премиум-класса Chrysler, включая роскошную модель Imperial.

In the United States in the 1920s, automobile manufacturers, including Hupmobile (1925), Chandler (1926), Marmon (1927), Gardner (1925), Kissel (1925), Locomobile (1925) and Auburn (1925) began using straight eight engines in cars targeted at the middle class. Engine manufacturer Lycoming built straight eight engines for sale to automobile manufacturers, including Gardner, Auburn, Kissel, and Locomobile. Hupmobile built their own engine. Lycoming was purchased by Auburn owner Errett Lobban Cord, who used a Lycoming straight eight in his front drive Cord L 29 automobile, and had Lycoming build the straight eight engine for the Duesenberg Model J, which had been designed by the Duesenberg brothers for the Cord owned Duesenberg Inc. The automobile manufacturers within the Cord Corporation, comprising Auburn, Cord, and Duesenberg, were shut down in 1937. Lycoming continues to this day as an aircraft engine manufacturer. In the late 1920s, volume sellers Hudson and Studebaker introduced straight eight engines for the premium vehicles in their respective lines. They were followed in the early 1930s by Nash (with a dual ignition unit), REO, and the Buick, Oldsmobile, and Pontiac divisions of General Motors. The Buick straight eight was an overhead valve design, while the Oldsmobile straight 8 and Pontiac straight 8 straight eights were flathead engines. Chevrolet, as an entry level marque, did not have a straight eight. Cadillac, the luxury brand of General Motors, stayed with their traditional V8 engines. In order to have engines as smooth as the straight eights of its competitors, Cadillac introduced the crossplane crankshaft for its V8, and added V12 and V16 engines to the top of its lineup. Ford never adopted the straight eight; their entry level Ford cars used flathead V8 engines until the 1950s while their Lincoln luxury cars used V8 from the 1930s to the 1980s and V12 engines in the 1930s and 1940s. Chrysler used flathead straight eights in its premium Chrysler cars, including the Imperial luxury model.

Дирижабли

Британский жесткий дирижабль R101 был оснащен пятью рядными восьмицилиндровыми дизельными двигателями Beardmore Tornado Mk I. Эти двигатели должны были развивать мощность при 1000 оборотов в минуту, но фактически обеспечивали непрерывную мощность только при 900 оборотах в минуту.

Послевоенный

После Второй мировой войны изменения на автомобильном рынке привели к упадку и окончательному исчезновению рядного восьмицилиндрового двигателя. Основными пользователями рядной восьмерки были американские автомобили класса люкс и премиум, производство которых продолжалось с довоенных времен. На автобусах Flxible использовали двигатель Buick с рядной восьмеркой. Во время Второй мировой войны усовершенствования в технологии переработки нефти, используемой для производства авиационного бензина, привели к появлению большого количества недорогого высокооктанового бензина. Это позволило проектировать двигатели с более высокой степенью сжатия для использования преимуществ высокооктанового топлива. Это привело к созданию более нагруженных двигателей, что усилило ограничения, связанные с длинным коленчатым и распределительным валами в рядных восьмицилиндровых двигателях. В 1949 году Oldsmobile заменил свой рядный восьмицилиндровый двигатель нижневальным V8, а V8 Cadillac был переведен на верхневальную конструкцию. Chrysler заменил свою рядную восьмерку на знаменитый Hemi V8 в 1951 году. Hudson прекратил выпуск своей рядной восьмерки в конце 1952 модельного года. В 1953 году Buick представил V8 (диаметр цилиндра 4,0 дюйма × ход поршня 3 13/64 дюйма = 322 куб. дюйма (5,277 л)) с рабочим объемом, аналогичным их рядной восьмерке (диаметр цилиндра 3 7/16 дюйма × ход поршня 4 5/16 дюйма = 320,2 куб. дюйма (5,247 л)), последняя производилась до конца 1953 модельного года. Pontiac продолжал производство своих рядных восьмицилиндровых двигателей, а также нижневальных рядных шестицилиндровых двигателей, до конца 1954 модельного года, после чего V8 стал стандартным. В конце 1954 года Packard прекратил производство своей фирменной рядной восьмерки, заменив ее верхневальным V8. К концу 1970-х годов верхневальные V8 двигатели приводили в движение 80% автомобилей, построенных в США, а большинство остальных были оснащены шестицилиндровыми двигателями. Bugatti экспериментировал с рядными восьмицилиндровыми двигателями с 1922 года, а в 1924 году представил 2-литровый Bugatti Type 35, один из самых успешных гоночных автомобилей всех времен, который в итоге выиграл более 1000 гонок. Как и Duesenberg, Bugatti черпал свои идеи из разработки авиационных двигателей во время Первой мировой войны, и, как и они, его двигатель был высокооборотистым верхневальным с тремя клапанами на цилиндр. Он развивал мощность при 5000 об/мин и мог быть разогнан до более 6000 об/мин. Было произведено почти 400 автомобилей Type 35 и их производных, что является абсолютным рекордом для гонок Гран-при. Alfa Romeo первыми отреагировали на инженерные проблемы, связанные с рядными восьмицилиндровыми двигателями: в их гоночных двигателях для P2 и P3, а также в спортивных автомобилях Alfa Romeo 8C 2300/2600/2900, прославившихся на Mille Miglia и в Ле-Мане, привод распределительного вала был перемещен в центр двигателя, между четвертым и пятым цилиндрами, что уменьшило вышеупомянутые ограничения. Рядные восьмицилиндровые двигатели фактически строились как симметричная пара рядных четырехцилиндровых двигателей, соединенных в середине общими зубчатыми передачами для распределительных валов и нагнетателей. У них было два верхних распределительных вала, но только два клапана на цилиндр. После Второй мировой войны Alfa Romeo вернулась, чтобы доминировать в первом сезоне гонок Формулы-1 в 1950 году и выиграть второй сезон против конкуренции со стороны автомобиля Ferrari с двигателем V12 в 1951 году. Alfa Romeo 158/159 Alfetta был первоначально разработан в 1937 году и выиграл 47 из 54 Гран-при, в которых участвовал в период с 1938 по 1951 год (с шестилетним перерывом из-за войны). К 1951 году их 1,5-литровые двигатели с нагнетателем могли развивать мощность при 9300 об/мин и могли быть разогнаны до 10500 об/мин. Однако двигатели достигли предела своего потенциала, и изменения в правилах на сезон 1952 года сделали Alfetta устаревшей. Mercedes-Benz создал последние заметные гоночные автомобили с рядными восьмицилиндровыми двигателями в 1955 году, а именно чемпионский W196 Формулы-1 и спортивный гоночный автомобиль 300SLR. 300SLR прославился победой Стирлинга Мосса и Дениса Дженкинсона в Mille Miglia 1955 года, но печально известен трагическим инцидентом с Пьером Левегом на 24 часах Ле-Мана 1955 года. 300SLR был окончательной эволюцией конструкции Alfa Romeo начала 1930-х годов, поскольку не только привод распределительного вала, но и коробка передач теперь приводились в движение от центра двигателя. Инженеры рассчитали, что крутильные напряжения будут слишком высокими, если отбирать мощность с конца длинного коленчатого вала, поэтому они установили центральную зубчатую передачу в середине (которая также приводила в действие двойные распределительные валы, двойные магнето и другие вспомогательные устройства) и провели приводной вал к корпусу сцепления сзади.

After World War II, changes in the automobile market resulted in the decline and final extinction of the straight eight as an automobile engine. The primary users of the straight eight were American luxury and premium cars that were carried over from before the war. A Flxible inter city bus used the Buick straight eight. During World War II, improvements in the refinery technology used to produce aviation gasoline resulted in the availability of large amounts of inexpensive high octane gasoline. Engines could be designed with higher compression ratios to take advantage of high octane gasoline. This led to more highly stressed engines which amplified the limitations of the long crankshaft and camshaft in the straight eight engines. Oldsmobile replaced their straight eight flathead engine with an overhead valve V8 engine in 1949, at which time Cadillac's V8 was changed to one with overhead valves. Chrysler replaced its straight eight with its famous Hemi V 8 for 1951. Hudson retired its straight eight at the end of the 1952 model year. Buick introduced a (4.0" bore × 3 13/64" stroke = 322 in³ (5.277 L)) V8 in 1953, with similar displacement as their (3 7/16" bore × 4 5/16" stroke = 320.2 in³ (5.247 L)) straight 8, the latter being produced until the end of the 1953 model year. Pontiac maintained production on their straight eight, as well as a L head inline six, through the end of the 1954 model year, after which a V8 became standard. Packard ended production of their signature straight eight at the end of 1954, replacing it with an overhead valve V8. By the end of the 1970s overhead valve V8s powered 80% of automobiles built in the US, and most of the rest had six cylinder engines. Bugatti experimented with straight eight engines from 1922, and in 1924, he introduced the 2 L Bugatti Type 35, one of the most successful racing cars of all time, which eventually won over 1000 races. Like the Duesenbergs, Bugatti got his ideas from building aircraft engines during World War I, and like them, his engine was a high revving overhead camshaft unit with three valves per cylinder. It produced at 5,000 rpm and could be revved to over 6,000 rpm. Nearly 400 of the Type 35 and its derivatives were produced, an all time record for Grand Prix motor racing. Alfa Romeo were the first to react to the engineering problems of the straight eight: in their racing car engines for the P2 and P3 and in their Alfa Romeo 8C 2300/2600/2900 sports cars of Mille Miglia and Le Mans fame the camshaft drive had been moved to the engine centre, between cylinders four and five, thus reducing the aforementioned limitations. The straight eight was actually built as a symmetrical pair of straight four engines joined in the middle at common gear trains for the camshafts and superchargers. It had two overhead camshafts, but only two valves per cylinder. The Alfa Romeo straight eight would return after World War II to dominate the first season of Formula One racing in 1950, and to win the second season against competition from Ferrari's V12 powered car in 1951. The Alfa Romeo 158/159 Alfetta was originally designed in 1937 and won 47 of 54 Grands Prix entered between 1938 and 1951 (with a six year gap in the middle caused by the war). By 1951, their 1.5 L supercharged engines could produce at 9,300 rpm, and could rev as high as 10,500 rpm. However, the engines were at the end of their potential, and rule changes for the 1952 season made the Alfettas obsolete. Mercedes Benz would create the last notable straight eight racing cars in 1955, with the championship winning W196 Formula One racing car and the 300SLR sports racing car. The 300SLR was famous for Stirling Moss and Denis Jenkinson's victory in the 1955 Mille Miglia, but notorious for Pierre Levegh's deadly accident at the 1955 24 Hours of Le Mans. The 300SLR was the final development of the Alfa Romeo design of the early 1930s as not only the camshaft, but now also the gearbox was driven from the engine's centre. Engineers calculated that torsional stresses would be too high if they took power from the end of the long crankshaft, so they put a central gear train in the middle (which also ran the dual camshafts, dual magnetos, and other accessories) and ran a drive shaft to the clutch housing at the rear.